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• 關鍵詞：                                                                編碼器                                                                強磁場                                                                核磁共振

• 摘要：磁編不是新產品，進入市場的成熟的磁編都已經有二十多年了。尤其是在汽車電子早已經大量有應用。

場景1：在山東、內蒙等地的化工廠有一種電解爐，兩根電解棒（陰極與陽極）插入電解質池中，通上直流大電流進行電化學反應，電解棒需要根據池子里電解料的深度而不斷調節插入深度，而這個電解棒插入深度的調節，是要有機械齒輪箱式絕對值多圈編碼器反饋插入深度的。電解棒的電流有多大？最大時有12萬A（安培）的電流，當一通上電，只聽得周邊“轟”的一聲，巨大的直流電流因法拉第原理產生了巨大的強磁場，而使得周邊物品受突然而至的磁場沖擊發出了“轟”的一聲。而現場的這個編碼器（型號代碼9600，GEMPLE）需要長期在強磁場環境下工作。

而這個編碼器是磁編。

場景2：去年醫療行業流傳著這樣一個故事，某家醫院的核磁共振檢查的房間內，在設備做測試時，沒注意到房間內留下了一把輪椅。當這套3T核磁共振影像設備一通上電，這把輪椅竟像子彈一樣向核磁共振設備飛過去，并吸在了上面。大約輪椅是有鐵磁性材料，而被核磁共振設備3T強磁場吸上了。醫院派出多個保安才能把這把輪椅拔出來，但是這臺設備損壞維修損失了幾百萬元。

核磁共振影像設備中，配套有一個自動化移動床，被檢查者躺在床上面，其余人都要離開房間，只留下一個躺著的被檢查者。而由自動化移動床移動檢查，做身體各個部位的影像檢查。自動化移動床的定位是有機械齒輪箱式絕對值多圈編碼器（型號代碼9600，GEMPLE）反饋定位的。這個編碼器需要長期在強磁場環境下工作。

而這個編碼器是磁編。

這樣的強干擾場景其實有很多，例如大型通訊發射天線的轉角仰角和磁極位置定位，也是需要抗干擾編碼器，也是用到了磁編（代碼9600,GEMPLE）

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核磁共振設備是早期發現癌癥的利器，挽救了無數癌癥患者。3T核磁共振醫療影像設備的工作磁場是3T特斯拉的特強磁場，怎么理解這個3T特斯拉？地球磁場在地表強度大約在50-60uT，這個磁場強度大約是地球磁場的6萬倍，可以將一把輪椅或者一把掃地機以子彈速度吸上去。確實沒有幾家編碼器可以在這么強磁場下還能正常工作了，圖片里邊上的某日系伺服也常常數據輸出不正常了。而需要靠安裝在低速端的絕對值多圈編碼器，精浦的GMX60（代碼9600系列）絕對值多圈編碼器。在近五年近千臺核磁共振上工作的絕對值編碼器，每天在醫院里3T核磁共振影像設備連續高強度工作，至今編碼器無一數據出錯記錄，保證了千萬成像位置的精準性。高品質高可靠性的編碼器產品，為人民醫療健康事業立下了功德。

上面兩個場景里的長期在強磁場干擾環境下工作的編碼器，都是精浦的磁編GMX60（代碼9600）。

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磁編不是新產品，進入市場的成熟的磁編都已經有二十多年了。尤其是在汽車電子早已經大量有應用。GMX系列編碼器從2008年就進入市場，已大量使用至今。

上面兩個場景的故事告訴大家，磁編是能夠在強磁場下工作的，但需要經過EMC設計與第三方EMC標準測試認證報告（其中對應的標準是IEC61000-4-8工頻磁場抗擾度試驗）。

編碼器及自動化器件的抗干擾能力怎么看？（點擊可以看一下這篇文章）

尤其是必須絕對值信號輸出的，多圈必須是機械齒輪箱式真絕對值編碼的。而不能是內部有計數器停電記憶型的偽絕對值編碼器。

內部有電池記憶的，或者韋根微發電替代電池記憶型的，內部依賴計數器計數多圈圈數的，如果受到強電磁場干擾，計數器錯誤是無法識別無法更正的，確實不能在強磁場下工作。

磁編是否能夠在較強磁場下抗干擾，需要經過第三方EMC標準測試認證報告，對應的標準是工頻磁場測試，這個工頻磁場已經模擬涵蓋了永磁場環境。

問題來了：精浦的GMX系列編碼器是磁編，怎么能夠在強磁場干擾環境下還能正常工作？

說起磁編，有很多種類別，最早磁編原理的編碼器也已經有二十多年了。精浦的磁編并不是新產品了，進入市場也已有十多年了。

而磁編能否在強磁場環境下工作？其實這個問題早就有了答案，卻是被一些不負責任的磁編損壞了磁編印象，被市場誤解了。

按一般的理解，磁編的工作原理是按磁場大小變化識別角度的變化的，強磁場下等于收到了磁場干擾，將無法正常工作。

但是，事實上有的磁編經過專業EMC設計，是可以在強磁場下工作的。

而且，我從業編碼器二十多年來，抗干擾包括抗強磁場干擾最好的幾款編碼器，恰恰是磁編！

例如，德國海德漢的ROQ425，其單圈碼盤為光編，而多圈齒輪箱傳感器組是磁編。

德國SICK公司的ATM60，其單圈碼盤多圈齒輪箱組都是磁編。

GEMPLE精浦的GMX60，GMX425也是磁編，單圈碼盤與多圈齒輪箱組都是磁編。

德國TR公司的CEM58也是磁編，單圈與多圈都是磁編。

上述四款絕對值多圈編碼器，也是目前自動化市場上我所知的抗干擾最好的幾款編碼器，都是磁編。

問答部分：

Q1磁編為什么不怕強磁場？

A: 磁編碼器對于外部磁場不敏感有幾個原因。主要原因是使用了橫向Hall元件以及差分測量技術。橫向Hall元件只對與芯片表面正交的磁場敏感。它對水平平面內的磁場不敏感。

差分測量方式只能測量出方向相對的Hall傳感器對的磁場差別。外部直流磁場將影響到絕對磁場，但不影響Hall傳感器對所檢測的差分磁場。此外，Hall傳感器的靈敏度不太高，這也使其對外部磁場的敏感度較低。由于編碼器運行在靠近磁鐵的位置，傳感器磁鐵（所要求的）磁場在芯片表面已經相對較強，不容易被外部磁場干擾。尤其是以絕對值編碼器信號輸出的磁編，是不會受到強磁場影響的。

實際上，為了實現數據資料中規范的性能，總磁場（永久性磁鐵+外部干擾磁場）不應超過100mT。超出這個范圍時絕對值磁編芯片也是可以良好運行，但由于飽和效應的影響，輸出的線性度可能會降低，需要對磁編產品具體實驗測試。

Q2:是否需要屏蔽傳感器以避免外部磁場的影響？

A:通常不需要進行磁性屏蔽，因為成熟的磁編芯片已經能夠補償外部強磁場的影響。

在存在極強的外部磁場時，如果要求傳感器提供很高的精度，則通過使用諸如鐵磁性金屬片來提供磁性屏蔽當然是一個好主意。

長期強磁場下的磁化問題：編碼器外殼設計較大，例如58mm外徑，內部元器件經過嚴格選型，內部磁鐵與磁編芯片布局的相互距離經過設計，被磁化問題可以避免，或者影響微乎其微。

Q3：磁編與光編哪一個抗干擾強？

A：不一定，抗干擾最差的可能是磁編，抗干擾最好的可能也是磁編。

因為做經濟型磁編的入門的門檻較低，有一些廠家不經過專業EMC設計，就拿來磁編芯片簡單封裝一下就賣了，這種磁編抗干擾確實可能不好，因為整體磁編不僅僅是磁感應芯片，還有其他電子元器件的選型與設計。而有些是“假絕對值編碼器”里面有計數器功能的，在計數時會受到干擾。某些“多圈絕對值編碼器”實際上是假絕對值編碼的，里面有計數器記錄多圈圈數，并依靠停電記憶，例如電池型和韋根微發電記憶型的內部都有計數器功能，而不是真絕對值編碼，這一類假絕對值編碼器一旦在強干擾環境下計數器就容易錯誤，無法識別而繼續錯誤，它們確實也是不能強磁場干擾下工作。

市場上理解的“磁編抗干擾不行”，“不能在永磁體強磁場下工作”，大約就是上面兩類磁編的抗干擾真的不行，而被誤導磁編都是“抗干擾不行了”。這是誤解了磁編。

場景1里的伺服電機上的日系編碼器就是電池記憶型的，在3T強磁場下出錯，定位必須要用低速端的齒輪箱多圈絕對值編碼器GMX（代碼9600）提供移動床的位置反饋。

但是，如果嚴格按照電磁兼容性EMC對編碼器進行設計，磁編的抗干擾能力甚至可以優于光編。

一方面，磁編芯片從出世就面臨了各種抗干擾測試，包括有針對性的強磁場下測試通過，才能進入市場銷售，尤其是在汽車電子上的大量應用，對于汽車行駛安全的要求，磁編的抗干擾要求一點也不會比光編差，必須經過汽車電子安全認證后才能上車。

而另一方面，光編比磁編又多了一個電子元件----光源，給光源供電的電源的穩定性要求較高，如果設計不到位，很容易受到干擾而影響到光源發射的穩定，從而干擾到光編的正常輸出。

所以，自動化市場上抗干擾最好的幾款編碼器，都是磁編，而且必須是機械齒輪箱多圈絕對值的磁編碼器。因為如果有計數器原理的假絕對值編碼器（電池或者韋根）一旦被干擾到而計數錯誤，是無法識別的。

在我們自己做過的光編與磁編的用戶長期使用比較下，也確實是絕對值的磁編抗干擾表現更好一些。

我個人的感覺是光編的光源穩定性問題。

某家德國品牌的全磁多圈絕對值編碼器在市場上表現很好，而同樣的他家的光編的表現，卻似乎還不如他家的磁編。

例如市場上多年比較下來，抗干擾表現最好的幾款編碼器，“恰巧”都是磁編：

德國海德漢ROQ425SSI，單圈碼盤是光編，多圈機械齒輪箱碼盤是磁編。

SICK公司的ATM60，單圈及多圈機械齒輪箱碼盤都是磁編。

GEMPLE精浦公司的GMX系列，代號9600，單圈及多圈機械齒輪箱碼盤都是磁編。

另外，德國TR公司的多圈機械齒輪箱絕對值磁編碼器，也是在冶金現場抗干擾表現很好的編碼器。也是磁編。

注意，并不是所有的磁編都可以有這樣強勁的抗干擾表現，尤其是這樣強磁場下的表現，用戶需要向編碼器原廠問清楚，是否是機械齒輪箱式的真絕對值編碼器，不能有計數器功能的。或者是否可以提供第三方電磁兼容性EMC認證報告，以及提供以往的長時間、大數量的實際應用實例。

同時，需要編碼器原廠提供品質管理保證的依據，例如提供連續多年以上的ISO9001質量保證體系證書。對于編碼器可靠性，要有品質保證體系很重要。